ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ГРУЗОПОДЪЕМНОГО МЕХАНИЗМА Российский патент 1997 года по МПК H02P7/74 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов подъема башенных кранов большой грузоподъемности, траловых барабанов, шахтных подъемных машин.

Известен тиристорный электропровод переменного тока (1) на основе непосредственного преобразователя частоты, состоящего из трех трехфазно-однофазных мостовых преобразователей, и асинхронного двигателя, каждая фазная обмотка статора которого состоит из двух включенных последовательно полуобмоток, относящихся к различным фазам.

За счет указанного соединения полуобмоток осуществляется гальваническое разделение полуобмоток, в которых формируются положительные и отрицательные полупериоды тока в каждой фазе двигателя и при этом исключаются устройства контроля нуля тока, разрешающие переключение выпрямительных мостов в трехфазно-однофазных преобразователях.

Известен электропривод грузоподъемного механизма (2), в котором к трехфазному преобразователю, состоящему из трех однофазных мостовых преобразователей с непосредственной связью, подключается трехфазный асинхронный двигатель с фазными обмотками, выполненными в виде двух полуобмоток, подключаемых через коммутирующие элементы.

Недостатком такого электропривода является значительное уменьшение момента двигателя при работе на частоте питающей сети, поскольку при этом в каждой фазе статора включается одна полуобмотка. При включении полуобмоток одной фазы статора двигателя к разным фазам питающей сети появляются дополнительные токи циркуляции, приводящие к перегреву двигателя.

Известен электропривод для грузоподъемного механизма (3), который при повышенной мощности содержит два приводных двигателя, расположенных на одном валу. Обмотки в каждой фазе статоров двигателей соединены последовательно с согласно, преобразователь частоты с непосредственной связью, составленный из трех тиристорных трехфазных мостов, выходы которых соединены с началами обмоток первого асинхронного двигателя, систему импульсно-фазового управления преобразователем частоты с непосредственной связью, выполненную с возможностью работы преобразователя в режиме преобразования частоты и бесконтактного коммутатора, снабженную управляющими входами по частоте и амплитуде выходного напряжения преобразователя частоты, и выходами, подключенными к управляющим электродам тиристоров упомянутых трехфазных мостов, группу коммутирующих элементов, подключенную к общим точкам обмоток асинхронных двигателей.

Недостатками известного электропривода являются двухкратное увеличение токовой нагрузки на тиристорные блоки в преобразователе частоты в режиме параллельного включения двигателей при работе преобразователя с выходной частотой равной частоте питающей сети, повышенное количество контакторной коммутирующей аппаратуры для переключения обмоток двигателей, а также значительные пусковые токи и соответственно ударные моменты в асинхронных двигателях при дискретном переводе преобразователя в режим бесконтактного коммутатора из режима непосредственного преобразования частоты с
По совокупности существенных признаков известный электропривод (3) наиболее близок к изобретению.

Предлагаемое изобретение направлено на улучшение энергетических и динамических показателей электропривода путем обеспечения расчетных номинальных моментов двигателей при работе на номинальной скорости и уменьшения ударных моментов при переключении двигателей на частоту питающей сети.

Указанный технический результат достигается тем, что в электроприводе грузоподъемного механизма, содержащем два асинхронных двигателя, расположенных на одном валу, причем обмотки двигателей в каждой фазе включены последовательно и согласно, преобразователь частоты с непосредственной связью, составленный из трех тиристорных трехфазных мостов, выходы которых соединены с началами обмоток первого асинхронного двигателя, систему импульсно-фазового управления преобразователем частоты с непосредственной связью, выполненную с возможностью работы преобразователя в режимах преобразования частоты и бесконтактного коммутатора, снабженную управляющими входами по частоте и амплитуде выходного напряжения указанного преобразователя частоты и выходами подключенную к управляющим электродам тиристоров тиристорных трехфазных мостов, группу коммутирующих элементов, подключенную к общим точкам асинхронных двигателей, система импульсно-фазового управления снабжена дополнительными двумя управляющими входами и десятью выходами и дополнительно введены три тиристорных трехфазных моста, выходы которых соединены с концами обмоток второго асинхронного двигателя, сумматор-формирователь, фазосдвигатель, элемент ЗИ, два двухканальных коммутатора, два реле времени, причем два дополнительных входа системы импульсно-фазового управления преобразователями частоты соединены с выходами второго двухканального коммутатора, первый второй, третий дополнительные выходы системы импульсно-фазового управления подключены к управляющим электродам тиристоров упомянутых дополнительных трех тиристорных трехфазных мостов, четвертый, шестой, седьмой, восьмой дополнительные выходы системы импульсно-фазового управления преобразователем частоты соединены с выходами сумматора-формирователя, пятый и девятый дополнительные выходы - соответственно с первым и третьим входами элемента ЗИ и выходами сумматора-формирователя, десятый дополнительный выход системы импульсно-фазового управления преобразователем частоты подключен к второму входу второго двухканального коммутатора, управляющий вход по частоте напряжения системы импульсно-фазового управления соединен с управляющим входом второго двухканального коммутатора, входом первого реле времени, первым входом фазосдвигателя, второй вход которого подсоединен к первому выходу сумматора-формирователя, а выход подключен к второму входу элемента ЗИ и третьему входу первого двухканального коммутатора, первый выход сумматора-формирователя подключен к четвертому входу первого двухканального коммутатора, второй выход сумматора-формирователя подключен к второму входу, а выход элемента ЗИ к первому входу первого двухканального коммутатора, выход первого реле времени соединен с управляющим входом первого двухканального коммутатора и входом второго реле времени, выход которого подключен к группе коммутирующих элементов, первый вход второго двухканального коммутатора соединен с первым выходом первого двухканального коммутатора, второй выход которого соединен с третьим входом второго двухканального коммутатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема электропривода грузоподъемного механизма; на фиг. 2 блок-схема дополнительных узлов управления преобразователем частоты; на фиг. 3 временные диаграммы выходных напряжений узлов управления; на фиг. 4 механические характеристики электропровода.

Электропровод грузоподъемного механизма (фиг. 1) содержит асинхронные двигатели 1, 2, преобразователь частоты с непосредственной связью, состоящий из трех тиристорных трехфазных мостов 3, 4, 5: системы 6 импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователем частоты, группу 7 коммутирующих элементов, состоящую из двух контактов, дополнительные тиристорных трехфазных мостов 8, 9, 10.

В каждом из тиристорных трехфазных мостов 3 5, 8 10 выводы переменного тока подключены к фазам A, B, C питающей сети; выходы трехфазных мостов 3 5, 8 10, образованные объединенными между собой выводами постоянного тока, подсоединены соответственно к началам статорных обмоток первого асинхронного двигателя 1 и к концам статорных обмоток второго асинхронного двигателя 2.

Управляющие электроды тиристоров в трехфазных мостах 3 5, 8 10 и фазы A, B, C питающей сети подключены к соответствующим выходам системы 6 импульсно-фазового управления преобразователем частоты. Группа коммутирующих элементов 7 подключена к общим точкам соединения обмоток статоров асинхронных двигателей 1 и 2. С четвертого по десятый дополнительные выходы СИФУ 6 соединены с входами сумматора-формирователя 11, выход которого подключен к второму входу фазодвигателя 12. Входы элемента 13 ЗИ соединены с пятым, девятым дополнительными выходами СИФУ 6 и выходом фазосдвигателя 12. Выход элемента ЗИ 13 подключен к первому входу первого двухканального коммутатора 14. Первый выход коммутатора 14 соединен с первым входом второго двухканального коммутатора 15, а управляющий вход с выходом первого реле времени 16, выход которого также подключен к входу второго реле времени 17. Управляющий вход СИФУ 6 по частоте напряжения на выходе преобразователя частоты подключен к первому входу фазосдвигателя 12, входу первого реле времени 16, управляющему входу второго двухканального коммутатора 15, выходы которого соединены с двумя дополнительными входами СИФУ 6. Десятый дополнительный выход СИФУ 6 подключен к второму входу второго двухканального коммутатора 15, третий вход которого соединен с вторым выходом первого двухканального коммутатора 14. Второй, третий, четвертый входы первого двухканального коммутатора 14 соединены соответственно с вторым выходом сумматора-формирователя 11, выходом фазосдвигателя 12, первым выходом сумматора-формирователя 11. Выход второго реле времени 17 подключен к включающей катушке группы 7 коммутирующих элементов.

На фиг. 1 обозначены: A, B, C фазы питающей сети; 1a, 1b, 1c фазы нагрузки 1, 2a, 2b, 2c фазы нагрузки 2; 1aA(-)-1cC(+), 2aA(-)-2cC(+) - выводы, на которые подаются управляющие импульсы для включения тиристоров.

На фиг.4 обозначены: А естественная механическая характеристика двигателя; Б, В механические характеристики двигателя при пониженном напряжении; Г, Д механические характеристики двигателя в режиме НПЧ при частоте вращения, равной 0,5 номинальной и меньшей.

Электропривод работает следующим образом. В электроприводе обеспечивается однозначное частотное регулирование частоты вращения асинхронных двигателей 1, 2 (вниз от номинального значения частоты вращения). Преобразователь частоты с непосредственной связью, состоящий из тиристорных трехфазных мостов 3 8, 4 9, 5 10, работает в двух режимах:
регулирование частоты выходного напряжения (режим НПЧ), обеспечивающее плавное изменение частоты вращения электродвигателей;
дискретный переход в режим бесконтактного коммутатора, обеспечивающий работу преобразователя с выходной частотой, равной частоте питающей сети.

При работе в режиме НПЧ выходная частота преобразователя определяется частотой последовательности прямоугольных импульсов на дополнительном десятом выходе СИФУ 6 (выход задающего генератора плавно изменяемой частоты).

При этом через включенные последовательности и согласно обмотки статоров асинхронных двигателей 1, 2 протекает переменный ток, параметры которого определяются режимом работы электропривода.

Рассмотрим режим, когда изменение напряжения на управляющем входе по частоте на выходе преобразователя происходит плавно с заданным темпом нарастания и спадания. При этом частота напряжения на выходе преобразователя плавно изменяется в пределах Дополнительные узлы управления 11 17 (фиг.2) обеспечивают снижение пусковых токов и соответственно ударных моментов асинхронных двигателей 1, 2 при дискретном переключении частоты на выходе преобразователя с значения до f_сети. При увеличении уровня напряжения на управляемом входе по частоте до значения выходной частоты преобразователя, равной , преобразователь переводится в режим бесконтактного коммутатора, разрешается работа фазосдвигателя 12, переключается второй двухканальный коммутатор 15, запускается первое реле времени 16. На второй вход фазосдвигателя 12 поступает последовательность прямоугольных импульсов с выхода сумматора-формироватиеля 11, частота которого составляет 6f_сети (фиг. 3). На выходе фазосдвигателя 12 формируется другая последовательность импульсов с частотой 6f_сети с максимальным сдвигом по фазе относительно входных импульсов по длительности периода их следования, т.е. до 60 эл.град. периода напряжения в фазе питающей сети (фиг.3). На выходе элемента ЗИ 13 формируется последовательность синхронизирующих импульсов, синфазных с импульсами на выходе фазосдвигателя 12 и частотой, равной f_сети (фиг.3). Это позволяет синхронизировать моменты включения антипараллельных тиристоров, например 1aA(-)-1aA(+)-2aB(-)-2aB(+), 1cC(-)-1cC(+)-2cA(-)-2cA(+), 2bB(-)-2aB(+)-2bC(-)-2bC(+), относительно фаз A, B, C питающей сети с заданным углом фазового сдвига. При максимальном значении угла фазового сдвига, равного α=60^° эл. град. и включении тиристоров 1aA(-)-2aB(+) напряжение на выводах 1a, 2a составляет порядка 0,8U_AB, т.е. к обмоткам статоров двигателей 1, 2 прикладывается напряжение 0,4U_л, где U_л линейное напряжение в питающей сети.

Номинальные параметры асинхронных двигателей 1, 2 при работе на частоте питающей сети получаются при замыкании коммутирующих элементов 7 и при этом к статорным обмоткам двигателей прикладываются фазные напряжения питающей сети соответственно U_дв 0,58U_л. Таким образом, на первой степени двигатели 1, 2 разгоняются при пониженном напряжении (U_дв 0,4U_л) из точки "a" (фиг.4) по характеристике "B" в течение промежутка времени, определяемого задержкой переключателя первого реле времени 16 (точки "б" на характеристике "B" ). В момент срабатывания первого реле времени 16 переключается первый двухканальный коммутатор 14, и к дополнительному входу СИФУ 6 подключается последовательность импульсов с первого входа сумматора-формирователя 11 с частотой 6f сети и с второго входа сумматора-формироватенля 11 с углом фазового сдвига α0 относительно синусоиды напряжения фазы A питающей сети. При этом к обмоткам статоров двигателей 1, 2 прикладывается напряжение U_дв 0,5U_л. Осуществляется переход к работе двигателей 1, 2 на характеристике "Б" (фиг.4) в течение промежутка времени, определяемого временем срабатывания второго реле 17 времени (точка "в" на характеристике "Б).

В момент срабатывания второго реле времени 17 подается сигнал на включение катушки группы 7 коммутирующих элементов. Обмотки двигателей 1, 2 через группу 7 коммутирующих элементов соединяются в две параллельные звезды. Двигатели работают с напряжением на фазных обмотках статора, равным U_дв 0,58U_л характеристика "а", точка "г".

Таким образом, при переходе электропривода из режима непосредственного преобразования частоты в режим бесконтактного коммутатора удается значительно уменьшить ударные моменты, возникающие при переходном процессе разгона асинхронных двигателей (переход из точки "а" в точку "г" на фиг.4). При этом значительно повышается долговечность и надежность работы электропривода.

Использование: в подъемных башенных кранах большой грузоподъемности, траловых барабанах, шахтных подъемных машинах. Сущность: в электроприводе грузоподъемного механизма дополнительные входы системы 6 импульсно-фазового управления соединены с управляющими электродами тиристоров дополнительных трехфазных мостов, выходы которых соединены с концами обмоток статора второго асинхронного двигателя. В электропривод введены сумматор-формирорватель 11, фазодвигатель 12, элемент ЗИ 13, двухканальные коммутаторы 14, 15, реле времени 16, 17, обеспечивающие уменьшение ударных моментов в переходных режимах, что улучшает энергетические и динамические показатели электроприводов при переключении двигателей на частоту питающей сети. 4 ил.

Электропривод грузоподъемного механизма, содержащий два асинхронных двигателя, расположенных на одном валу, причем обмотки двигателей в каждой фазе включены последовательно и согласно, преобразователь частоты с непосредственной связью, составленный из трех тиристорных трехфазных мостов, выходы которых соединены с началами обмоток первого асинхронного двигателя, систему импульсно-фазового управления преобразователем частоты с непосредственной связью, выполненную с возможностью работы указанного преобразователя в режимах преобразования частоты и бесконтактного коммутатора, снабженную управляющими входами по частоте и амплитуде выходного напряжения указанного преобразователя частоты и выходами подключенную к управляющим электродам тиристоров упомянутых трехфазных мостов, группу коммутирующих элементов, подключенную к общим точкам обмоток асинхронных двигателей, отличающийся тем, что система импульсно-фазового управления снабжена дополнительными двумя управляющими входами и десятью выходами и дополнительно введены три тиристорных трехфазных моста, выходы которых соединены с концами обмоток статора второго асинхронного двигателя, сумматор-формирователь, фазосдвигатель, элемент 3И, два двухканальных коммутатора, два реле времени, причем два дополнительных управляющих входа системы импульсно-фазового управления преобразователем частоты соединены с выходами второго двухканального коммутатора, первый, второй, третий дополнительные выходы системы импульсно-фазового управления подключены к управляющим электродам тиристоров дополнительных трех тиристорных трехфазных мостов, четвертый, шестой, седьмой, восьмой дополнительные выходы системы импульсно-фазового управления преобразователем частоты соединены с входами сумматора-формирователя, пятый и девятый дополнительные выходы соответственно с первым и третьим входами элемента 3И и входами сумматора-формирователя, десятый дополнительный выход системы импульсно-фазового управления преобразователем частоты подключен к второму входу второго двухканального коммутатора, управляющий вход по частоте напряжения системы импульсно-фазового управления соединен с управляющим входом второго двухканального коммутатора, входом первого реле времени, первым входом фазосдвигателя, второй вход которого подсоединен к первому выходу сумматора-формирователя, а выход подключен к второму входу элемента 3И и третьему входу первого двухканального коммутатора, первый выход сумматора-формирователя подключен к четвертому входу первого двухканального коммутатора, второй выход сумматора-формирователя подключен к второму входу, а выход элемента 3И к первому входу первого двухканального коммутатора, выход первого реле времени соединен с управляющим входом первого двухканального коммутатора и входом второго реле времени, выход которого подключен к группе коммутирующих элементов, первый вход второго двухканального коммутатора соединен с первым выходом первого двухканального коммутатора, второй выход которого соединен с третьим входом второго двухканального коммутатора.